中國科學技術大學環境科學與工程系、極地環境與全球變化安徽省重點實驗室謝周清課題組在全球海洋邊界層海鹽氣溶膠時空分佈特徵及其影響因素方面取得新進展。相關研究結果以“Spatial and temporal distribution of sea salt aerosol mass concentrations in the marine boundary layer from the Arctic to the Antarctic”為題，近日在環境地學刊物Journal of Geophysical Research:Atmospheres（Nature Index）上發表。
氣溶膠是由固體顆粒或液滴分散並懸浮在氣體介質中形成的膠體分散體系。而海鹽氣溶膠（sea salt aerosol，SSA）是海表面在風的驅動下產生的一類以氯化鈉為主要成分的無機鹽類氣溶膠，是全球海洋邊界層中質量濃度占比最大的氣溶膠。同時，海洋占了全球表面積的70%，囙此SSA在氣溶膠系統中是非常重要的組成部分。因為它吸濕增長的特性，使得它可以形成較大（微米級別）的顆粒物，這些顆粒物通過吸收和散射太陽輻射可以减少到達海錶的輻射，從而導致對地表氣候的製冷效應，此外海鹽顆粒還可以充當雲凝結核來新增海洋雲的反照率。雖然現時對於這些作用產生的製冷效應還存在很大的不確定性，但是IPCC研究報告表明，由海鹽顆粒帶來的製冷效應很有可能足以對抗未來CO2新增一倍帶來的氣候變暖。
影響海鹽氣溶膠產生和分佈的因素很多，包括風速、海錶溫度等。現時，模型主要是基於風速和海表面溫度對海鹽氣溶膠進行類比，不同模型的類比結果差別很大。這些不確定性將影響對海鹽氣溶膠輻射強迫的準確估計，從而影響對全球氣候變化預測。本項目在中國南北極考察期間，依託我國雪龍號破冰船，開展了長期觀測（2008-2018），觀測範圍包括北冰洋、白令海、西北太平洋、東印度洋及南大洋等海域。這是迄今為止覆蓋範圍最廣，時間最長的船基觀測。基於這些觀測結果，發現北冰洋的海鹽氣溶膠濃度的年變化趨勢與海冰覆蓋變化趨勢一致；白令海的海鹽氣溶膠濃度的年變化趨勢與海表面溫度的變化趨勢一致；不同緯度海區的海鹽氣溶膠濃度有著顯著的差异。通過將觀測結果與GEOS-Chem模型類比對比，發現模型普遍低估了海鹽氣溶膠的濃度，特別是南大洋地區，低估了60%以上。進一步的研究發現，這種低估與海-氣溫差顯著相關，提出海錶大氣的穩定是影響不同區域海鹽氣溶膠濃度差异的主要原因。評審專家認為，這是“令人激動的工作”“獲得了大量的高品質觀測結果”“關於大氣穩定影響海鹽分佈是很重要的發現，將促進野外觀測和實驗室類比發展適合的模型參數”“對於揭示海鹽的海氣排放和理解氣溶膠-雲相互作用有重要意義”。
圖1基於雪龍船從南極到北極的海鹽氣溶膠觀測
該文第一作者為環境科學與工程系博士生薑北。該研究工作得到了國家自然科學基金和國家海洋局極地考察辦公室的支持。
論文連結：http://dx.doi.org/10.1029/2020JD033892